(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤチップが表面に実装された回路基板と、前記回路基板の表面を覆う、前記ＬＥＤチップから出射される光が通る透光性部材と、前記回路基板の背面に取り付けられる放熱部材とを備えたＬＥＤ照明ユニットにおいて、
前記回路基板の外側に設けられ、前記放熱部材に前記透光性部材をビス止めにより締結する締結手段と、
前記締結手段の内側に設けられ、前記締結手段により前記放熱部材に前記透光性部材が締結された状態で前記回路基板と透光性部材との間に挟み込まれる弾性部材とを備え、
前記弾性部材は、前記締結手段が締結状態にあるとき弾性変形され、その反発力により前記回路基板を前記放熱部材に押し付けるように作用することを特徴とするＬＥＤ照明ユニット。
【請求項２】
前記回路基板は、熱伝導性の高い金属板と、この金属板上に被覆形成した絶縁膜と、この絶縁膜上に形成した、前記ＬＥＤチップを実装するための回路パターンとを備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明ユニット。
【請求項３】
前記回路基板と前記放熱部材との当接面は平滑化されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤ照明ユニット。
【請求項４】
前記回路基板と放熱部材との間に、熱伝導率の高いグリスを介在したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを実装した回路基板に放熱部材が取り付けられたＬＥＤ照明ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の、この種のＬＥＤ照明ユニットについて図６、図７を参照して説明する。図６に示すように、ＬＥＤ照明ユニット１００は、ＬＥＤチップ１０１が表面に実装された回路基板１０２と、この回路基板１０２の表面を覆う透光性部材１０３と、回路基板１０２の背面に設けられた放熱部材１０４とを備えている。透光性部材１０３は、ＬＥＤチップ１０１から出射される光を集光するレンズ部１０５と、レンズ部１０５を保持するレンズホルダ１０６から成り、アクリルなどの樹脂を用いて形成される。レンズホルダ１０６には、回路基板１０２の周縁部分と当接される鍔部１０７が形成されている。この鍔部１０７のビス孔にビス１０８を通して、放熱部材１０４に透光性部材１０３を締結することにより、回路基板１０２が透光性部材１０３と放熱部材１０４とでハウジングされる。
【０００３】
このような従来のＬＥＤ照明ユニット１００においては、回路基板１０２を放熱部材１０４に押し付けるために、放熱部材１０４と鍔部１０７との間には所定の隙間ｄが必要となる。この隙間ｄは、回路基板１０２や透光性部材１０３の製造誤差により所望の寸法より大きくなることがある。このような状況下で透光性部材１０３を放熱部材１０４にビス１０８で締結しようすると、図７に示すように、鍔部１０７は大きく変形して割れが生じ易く、ビス１０８を強く締め付けることが難しい。そのため、回路基板１０２を放熱部材１０４に密着させることができないことがあり、回路基板１０２と放熱部材１０４との間に熱抵抗が生じて、ＬＥＤチップ１０１から発生する熱を十分に放熱することができないことがあった。
【０００４】
また、ＬＥＤ照明ユニットの他の例として、ＬＥＤチップが実装された回路基板を放熱部材にビスで直接固定するものがある（例えば、特許文献１参照）。ところが、このような構成では、回路基板にビス穴用のスペースが必要となり、基板サイズが上記のものより大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２２０４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ＬＥＤチップを実装した回路基板を透光性部材と放熱部材との締結により固定するＬＥＤ照明ユニットにおいて、回路基板の放熱部材への密着性を高めてＬＥＤの放熱特性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＬＥＤ照明ユニットは、ＬＥＤチップが表面に実装された回路基板と、前記回路基板の表面を覆う、前記ＬＥＤチップから出射される光が通る透光性部材と、前記回路基板の背面に取り付けられる放熱部材とを備えたＬＥＤ照明ユニットにおいて、前記回路基板の外側に設けられ、前記放熱部材に前記透光性部材をビス止めにより締結する締結手段と、前記締結手段の内側に設けられ、前記締結手段により前記放熱部材に前記透光性部材が締結された状態で前記回路基板と透光性部材との間に挟み込まれる弾性部材とを備え、前記弾性部材は、前記締結手段が締結状態にあるとき弾性変形され、その反発力により前記回路基板を前記放熱部材に押し付けるように作用することを特徴とする。
【０００８】
このＬＥＤ照明ユニットにおいて、前記回路基板は、熱伝導性の高い金属板と、この金属板上に被覆形成した絶縁膜と、この絶縁膜上に形成した、前記ＬＥＤチップを実装するための回路パターンとを備えることが好ましい。
【０００９】
このＬＥＤ照明ユニットにおいて、前記回路基板と前記放熱部材との当接面は平滑化されていることが好ましい。
【００１０】
このＬＥＤ照明ユニットにおいて、前記回路基板と放熱部材との間に、熱伝導率の高いグリスを介在したことが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のＬＥＤ照明ユニットによれば、回路基板と透光性部材との間に挟み込まれた弾性部材の反発力で、回路基板を放熱部材に押し付けて両者を密着させることができるので、回路基板と放熱部材間での熱抵抗を低減し、ＬＥＤチップから発生する熱を放熱部材を通して効率良く放熱することが可能となる。また、ＬＥＤチップの放熱性が良くなることで、ＬＥＤチップにより大きな電流を流すことができ、光出力の高出力化が図れる。また、回路基板を透光性部材と放熱部材とでハウジングしてＬＥＤチップを外部から保護することができるので、物理的衝撃によるＬＥＤの破損や、人体接触によるＬＥＤの静電気破壊を防止することができる。また、透光性部材や回路基板の製造バラツキによる寸法誤差を弾性部材により吸収しつつ回路基板をハウジングすることができるので、放熱部材と透光性部材とを強く締め付けたとしても、透光性部材に変形や割れが生じることが低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るＬＥＤ照明ユニットを天井に装着した状態を下方から視た外観図。
【図２】同ユニットの部分断面側面図。
【図３】同ユニットの、ＬＥＤチップを実装した回路基板の側断面図。
【図４】（ａ）は同ユニットの透光性部材をパッキンを介して回路基板に取り付けた状態での側断面図、（ｂ）は透光性部材が取り付けれた回路基板を器具本体に載置した状態での側断面図、（ｃ）は器具本体に透光性部材をビスにより締結した状態での側断面図。
【図５】（ａ）乃至（ｃ）は上記ＬＥＤ照明ユニットの変形例を示す側断面図。
【図６】従来のＬＥＤ照明ユニットの側断面図。
【図７】同ユニットの透光性部材に割れた生じた状態を示す、図６のＸ部の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態に係るＬＥＤ照明ユニットについて図１乃至図４を参照して説明する。図１、図２に示すように、ＬＥＤ照明ユニット１は、ダウンライト型の照明器具であって、オフィスや工場など建物の天井部分に埋設されて使用される。ＬＥＤ照明ユニット１は、複数のＬＥＤチップ２が表面に実装された回路基板３と、この回路基板３の表面を覆いＬＥＤチップ２から出射される光が通る透光性部材４と、回路基板３を保持する器具本体５とを備える。器具本体５は、回路基板３の背面に放熱部材として取り付けられ、ＬＥＤチップ２から発生した熱を放散させるものとなっている。この器具本体５には、ＬＥＤチップ２から出射される光を反射する反射板６が設けられている。
【００１４】
また、ＬＥＤ照明ユニット１は、器具本体５に透光性部材４を締結するビス７（締結手段）と、回路基板３と透光性部材４との間に設けられる弾力性を有したパッキン８（弾性部材）とを備える。さらに、ＬＥＤ照明ユニット１は、ユニットを天井９に固定するための保持具１０を有し、天井９の開口９ａにユニットを挿入したときに保持具１０が開口９ａの周縁を挟持するようになっている。この保持具１０は、反射板６の光出射側の外縁部分に設けられている。
【００１５】
ＬＥＤチップ２は、例えば、白色のＬＥＤチップを用いることができ、この場合、青色に発光するＬＥＤ素子に、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体を封止したものを用いるとよい。ＬＥＤチップ２の発光色は白色に限定されず、例えば、黄色や橙色などであってもよい。また、ＬＥＤチップ２の数量は特に限定されるものでなく、ユニット１の仕様に応じて適宜設定すればよい。
【００１６】
透光性部材４は、ＬＥＤチップ２からの出射光を集光するレンズ部４１と、レンズ部４１を保持するレンズホルダ４２を有し、例えば、アクリルやポリカーボネイドなどの透光樹脂を用いて形成される。レンズ部４１とレンズホルダ４２とは一体形成されていてもよいし、互いに分離できるように形成されていてもよい。レンズ部４１は、光取り出し方向と反対方向に凸状であるハイブリット型のレンズ体で構成され、複数のＬＥＤチップ２のそれぞれに対応して配置されている。レンズホルダ４２には、レンズ部４１から離れる方向に延在した鍔部４３が形成されており、この鍔部４３はビス７の通る貫通穴を有する。
【００１７】
器具本体５は、放熱性に優れた部材、例えばアルミを用いて形成される。器具本体５にアルミ材料を用いる場合、器具本体５の形成方法は、ダイキャスト法を用いることができる。器具本体５は、略円筒状の外形とされ、その底部５１にビス７用のネジ穴を有する。器具本体５と回路基板３との当接面は、バフ処理などより平滑化することが好ましい。これにより、回路基板３及び器具本体５の表面は、成型時には無数の凹凸が存在するが、このような凹凸を無くして、器具本体５と回路基板３とを、空気層を介在させることなく当接でき、熱抵抗を低減することが可能となる。器具本体５の外周部分には、放熱用のフィン５２が複数設けられている。器具本体５の天板部分５３には、ＬＥＤチップ２を点灯させるための電源装置１１が設けられ、この電源装置１１は、回路基板３と電源線１２により接続される。
【００１８】
パッキン８は、ビス７により器具本体５に透光性部材４が締結された状態で回路基板３と透光性部材４の鍔部４３との間に挟み込まれるものとなっており、ここでは、リング状のものを用いている。パッキン８の材料には、例えば、発砲シリコンを用いることができる。パッキン８は、ビス７が締結状態にあるとき弾性変形され、その反発力により回路基板３を器具本体５に押し付けるように作用する。
【００１９】
回路基板３は、図３に示すように、熱伝導性の高い金属板３１と、この金属板３１上に被覆形成した絶縁膜３２と、この絶縁膜３２上に形成した、ＬＥＤチップ２を実装するための回路パターン３３とを有している。金属板３１は、例えば、アルミ材料を用いて形成される。回路パターン３３は、例えば、チタン（Ｔｉ）や金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）などの金属膜から成り、ＬＥＤチップ２の電極部２１と電気接続される。回路パターン３３の形成には、例えば、蒸着法やメッキ法、印刷法などを用いることができる。このような回路基板３を用いることにより、ＬＥＤチップ２から発生した熱を器具本体５に効率良く伝導し、ＬＥＤチップ２の放熱特性を高めることができる。
【００２０】
次に、上記のように構成されたＬＥＤ照明ユニット１において器具本体５に回路基板３と透光性部材４とを取り付ける手順を図４を用いて説明する。まず、図４（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ２を実装した回路基板３と透光性部材４の鍔部４３との間にパッキン８を配置し、回路基板３と透光性部材４とを接着材を用いてパッキン８に接着保持して、回路基板３に透光性部材４を係留するようにしておく。次に、図４（ｂ）に示すように、回路基板３を器具本体５の底部５１の取り付け面に載置する。このとき、回路基板３と器具本体５との間に、熱伝導率の高いグリスを介在させるようにすれば、回路基板３と器具本体５間での熱抵抗を軽減することができる。そして、ビス７を鍔部４３の貫通穴に通してビス７の締め付けを行う。ここに、ビス７を締め付ける前では、鍔部４３の端部と器具本体５との間に隙間ｄが設けられる。このビス７の締め付けにより、図４（ｃ）に示すように、パッキン８が収縮し、同時にパッキン８の弾性力により回路基板３が器具本体５に押し付けられる。ビス７が完全に締め付けられたとき、隙間ｄがなくなり、鍔部４３の端部が器具本体５に当接される。
【００２１】
このように本実施形態に係るＬＥＤ照明ユニット１によれば、回路基板３と透光性部材４との間に挟み込まれた弾性部材の反発力で、回路基板３を器具本体５に押し付けて両者を密着させることができるので、回路基板３と器具本体５間での熱抵抗が低減され、ＬＥＤチップ２から発生する熱を器具本体５を通して効率良く放熱することが可能となる。また、ＬＥＤチップ２の放熱性が良くなることで、ＬＥＤチップ２により大きな電流を流すことができ、光出力の高出力化が図れる。また、回路基板３を透光性部材４と器具本体５とでハウジングしてＬＥＤチップ２を外部から保護することができるので、器具の組み立てや補修の際、物理的衝撃によるＬＥＤの破損や、人体接触によるＬＥＤの静電気破壊を防止できる。また、透光性部材４や回路基板３の製造バラツキによる寸法誤差を弾性部材により吸収しつつ回路基板３をハウジングすることができるので、器具本体５と透光性部材４とを強く締め付けたとしても、透光性部材４に変形や割れが生じることが低減される。
【００２２】
次に、図５を用いてＬＥＤ照明ユニットの変形例について説明する。この変形例に係るＬＥＤ照明ユニット１は、図５（ａ）に示すように、パッキン８に代えて、回路基板３の表面に設けられた一対の板バネから成るバネ体１３を備える。透光性部材４の背面側には、バネ体１３の板バネ間に挿入される係止片１４が設けられる。この係止片１４は、透光性部材４のレンズホルダ４２から突出形成され、先端が凸状となっている。バネ体１３は、各板バネが互いに対向配置され、かつ、これら板バネ間に挿入された係止片１４の凸部を挟持できるように、互いの先端部分が袋状に屈曲された形となっている。このバネ体１３は、銅などの金属を用いて形成されており、回路基板３の表面に半田付けなどにより固着される。
【００２３】
このようなＬＥＤ照明ユニット１において器具本体５に回路基板３と透光性部材４とを取り付ける際には、まず、図５（ｂ）に示すように、回路基板３と透光性部材４とを対峙させ、バネ体１３に透光性部材４の係止片１４を挿入して挟持させることにより、回路基板３に透光性部材４を係留させるようにする。次に、図５（ｃ）に示すように、回路基板３を器具本体５の底部５１の取り付け面に載置し、ビス７を鍔部４３の貫通穴に通してビス７の締め付けを行う。このビス７の締め付けにより、バネ体１３は、互いのバネ片が外向きに変形し、同時にこのバネ片の弾性力により回路基板３が器具本体５に押し付けられる。ビス７が完全に締め付けられたとき、鍔部４３の端部が器具本体５に当接される。
【００２４】
このようなＬＥＤ照明ユニット１であっても、上記と同様の作用効果が得られる。また、回路基板３に設けられたバネ体１３に、透光性部材４の係止片１４を挿入するだけで、回路基板３に透光性部材４を係止することができるので、接着保持する場合に比し、組み立て工数が削減できる。
【００２５】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上記では、器具本体５を放熱部材として構成した例を示したが、これに限られず、放熱部材を器具本体５とは別に設けるようにしてもよい。
【００２６】
また、ＬＥＤ光源モジュールの場合は、図４（ａ）に示した第１の実施形態の構成から、鍔部４３（係留部）がない構成が一般的である。この場合、回路基板３を、鍔部４３のない透光性部材４と、アルミダイカストの受け皿とで挟み込み、必要に応じて受け皿上に放熱シートを入れ、透光性部材４と受け皿とをネジ止め等することで、ＬＥＤ光源モジュールを構成していた。本願の発明によれば、パッキン８（弾性部材）の反発力によって、回路基板３を器具本体５（放熱部材）に押し付け、もって放熱特性を向上させることができるので、ＬＥＤ光源モジュールとして用いたときに、従来必要とされていたアルミダイカストの受け皿を省くことが可能となる。また、受け皿がないことで、ＬＥＤ光源モジュールの組み付け性や剛性を向上させることができるものである。
【符号の説明】
【００２７】
１  ＬＥＤ照明ユニット
２  ＬＥＤチップ
３  回路基板
３１  金属板
３２  絶縁膜
３３  回路パターン
４  透光性部材
５  器具本体（放熱部材）
７  ビス（締結手段）
８  パッキン（弾性部材）
１３  バネ体（弾性部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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